Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск

Журнал «Вестник ДГТУ» создан в целях обеспечения современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным потребностям личности, общества и государства. Издание призвано способствовать укреплению, расширению целостного научно-информационного пространства России и успешной интеграции его в мировое научное информационное пространство.

Адресован журнал тем, кто разрабатывает стратегические направления развития современной науки: ученым, аспирантам, магистрантам, инженерно-техническим работникам, преподавателям-практикам, перед которыми стоит задача обеспечения высокого качества всех уровней инженерно-технического образования на основе его фундаментализации, информатизации и использования новейших достижений науки и техники.

На страницах журнала активно обсуждаются наиболее актуальные проблемы современной науки и результаты фундаментальных исследований в области механики, машиностроения и машиноведения, информатики, вычислительной техники и управления, процессов и машин агроинженерных систем, безопасности деятельности человека.

Группы научных специальностей журнала:

1. 01.02.00 Механика

2. 05.02.00 Машиностроение и машиноведение

3. 05.13.00 Информатика, вычислительная техника и управление

Текущий выпуск

Том 19, № 3 (2019)
Скачать выпуск PDF

МЕХАНИКА

208-213 17
Аннотация

Введение. Предлагается метод решения задачи о бесконечной пластине, лежащей на упругом основании. На пластину действует периодическая нагрузка в виде силы, перемещающейся по произвольной замкнутой траектории. Цель исследования — разработка численного метода решения задач теории упругости для тел, находящихся под действием подвижной нагрузки.

Материалы и методы. Учитывая периодичность рассматриваемой нагрузки, она раскладывается в ряд Фурье на временном отрезке, длина которого равна периоду нагрузки. Решение исходной задачи строится посредством суперпозиции решений задач, соответствующих нагрузке, задаваемой слагаемыми описанного выше ряда Фурье. Окончательное решение задачи представляется в виде отрезка ряда. Каждое слагаемое при этом соответствует решению задачи о воздействии на бесконечную пластину нагрузки, распределенной по замкнутой кривой (траектории движения силы). Для нахождения этих решений используется фундаментальное решение уравнения колебания бесконечной пластины, лежащей на упругом основании.

Результаты исследования. Предложен новый метод решения задач теории упругости для тел с нагрузкой, движущейся по замкнутой траектории произвольной формы. Решена задача о бесконечной плоскости, по которой с постоянной скоростью движется сосредоточенная сила. Определено, что траектория движения представляет собой гладкую замкнутую кривую, состоящую из дуг окружностей. Рассмотрен характер изменения перемещений и напряжений вблизи движущейся силы. Изучено распространение энергии упругих волн. С этой целью выполнено вычисление координат вектора Умова — Пойтинга. Исследовано влияние скорости движения силы на длину вектора Умова — Пойтинга.

Обсуждение и заключения. Метод применим и при рассмотрении более сложных объектов (плиты сложной формы, слоистые плиты, вязкоупругие плиты). Его преимущество — экономичность, так как для построения решения используются уже известные решения задач. Окончательное решение выражается в удобном виде — как сумма криволинейных интегралов. Полученные результаты могут быть использованы в процессе проектирования дорог. Изучение распространения энергии упругих волн от движущихся транспортных средств позволит оценить воздействие указанных волн на строения, расположенные вблизи дороги. С учетом данных о характере изменения перемещений и напряжений оценивается износ дорожного покрытия.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

214-220 23
Аннотация

Введение. В современном производстве при выполнении финишных операций важную роль играет центробежноротационная обработка в среде абразива. Основные преимущества этого метода отделочно-зачистной обработки: высокая производительность, низкая себестоимость и широкие технологические возможности. В данном исследовании рассматривается процесс взаимодействия абразивной частицы с поверхностью детали в рамках статической контактной задачи теории упругости. При этом учитывается пластическая деформация в области контакта.

Материалы и методы. Абразивная частица (корунд) моделируется линейно упругим телом, модуль Юнга которого значительно больше, чем у обрабатываемого материала. Обрабатываемый материал (сталь) моделируется упруго пластическим билинейным телом с применением критерия пластичности Мизеса.

Результаты исследования. Выполнено конечноэлементное моделирование рассматриваемых конструкций в CAEпакете ANSYS. Смоделирован процесс взаимодействия абразивной частицы и поверхности детали, проанализировано ее напряженно-деформированное состояние. Представлены результаты численных экспериментов, которые позволили установить, как распределяются эквивалентные пластические деформации при глубинах внедрения конуса 0,01 мм и 0,05 мм. Полученные данные, а также области значений пластической деформации более 1 % визуализированы в CAE-пакете ANSYS.

Обсуждение и заключения. Установлено, что эквивалентная пластическая деформация пропорциональна глубине внедрения (ГВ). Она достигает минимального значения 0,158 при ГВ = 0,01 мм, максимального 0,825 — при ГВ = 0,05 мм. Определены зависимости размеров области пластической деформации от ГВ для случаев, когда пластическая деформация превышает 1 %. При максимальном внедрении (0,05 мм) радиус деформации составляет 1 мм, глубина — 0,8 мм. На основе данных, полученных в результате проведенного исследования, могут быть выбраны параметры технологического процесса (скорость вращения, размер абразивной поверхности, масса абразивных частиц), которые влияют на взаимодействие между деталью и абразивной частицей. Рациональный выбор этих параметров позволит повысить эффективность обработки.

221-230 17
Аннотация

Введение. Интеграция концепций надежности и оптимизации направлена на разработку структур, которые должны быть экономичными и надежными. Эта модель называется Оптимизация проектирования на основе надежности (RBDO). Фактически связь между механическим моделированием, анализом надежности и методами оптимизации приводит к очень высоким вычислительным затратам и слабой стабильности конвергенции.

Материалы и методы. Для преодоления этих трудностей было разработано несколько методов. Методы под названием «Индекс показателя надежности» (RIA) и «Метод оценки эффективности» (PMA) - это два альтернативных метода. RIA описывает вероятностное ограничение как индекс надежности, в то время как PMA был предложен как путь преобразования вероятностной меры эффективности. Предложен метод оптимального коэффициента безопасности (OSF) для расчета коэффициентов безопасности, удовлетворяющих требуемому уровню надежности, без дополнительных вычислительных затрат для оценки надежности. Уравнения OSF сформулированы с учетом RIA и PMA и расширены до случая с несколькими отказами.

Результаты исследования. Несколько линейных и нелинейных законов распределения применяются к исследованиям композиционных нитей, а затем распространяются на множественные режимы отказа. Было показано, что идея метода OSF заключается в том, чтобы избежать оценки ограничения надежности с помощью конкретного процесса оптимизации.

Обсуждение и выводы. Упрощенная структура реализации стратегии OSF заключается в разделении анализа оптимизации и надежности. Она предоставляет проектировщикам эффективные решения, которые должны экономически удовлетворять требуемый уровень надежности. Показано, что RBDO в сравнении с OSF имеет ряд преимуществ: небольшое число переменных оптимизации, хорошая стабильность сходимости, малое время вычислений, удовлетворение требуемым уровням надежности.

231-241 12
Аннотация

Введение. В настоящее время на производствах с объемом выпуска до 4 000 булок в день используются тестоделительные машины вакуумного типа. В процессе эксплуатации тестоделительного устройства из-за износов рабочих поверхностей поршня, камеры, барабана зазор между ними выходит за величину, равную 50 мкм, при которой обеспечивается вакуум во всасывающей камере. В результате этого процесс всасывания становится нестабильным, тестоделительное устройство нарушает точность развесовки хлебобулочных изделий. Ремонт такого оборудования проводится в основном с использованием полной или частичной замены изношенных деталей и узлов на новые. Для повышения их долговечности возникает потребность в разработке новой высокоэффективной технологии с восстановлением изношенных поверхностей деталей сварочнонаплавочными методами.

Материалы и методы. Представлена новая методика определения количества объектов для исследования с использованием программы «Статистика». Определены поверхности износа деталей тестоделительных машин вакуумного типа.

Результаты исследования. Проведены микрометражные исследования деталей тестоделительных устройств, которые показали наличие у них значительных искажений размеров из-за локального износа рабочих поверхностей. При этом боковой зазор между всасывающей камерой и главным поршнем, барабаном и всасывающей камерой в 6 раз превышает допустимый, а вертикальный зазор между мерной камерой и поршнем превышает допустимый зазор более чем в 10 раз. Износы рабочих поверхностей деталей тестоделительных машин носят локальный характер, при этом диапазон значений составляет: для главного поршня — 10–200 мкм; мерного поршня — 250–900 мкм; всасывающих и мерных камер — 300–400 мкм; поверхностей барабана — 280–300 мкм.

Обсуждение и заключения. Проведенные микрометражные исследования деталей тестоделительных устройств показали наличие у них значительных искажений размеров из-за локального износа рабочих поверхностей. Основываясь на полученных результатах, можно утверждать, что наиболее технологичным и экономически целесообразным для восстановления изношенных поверхностей деталей тестоделительных машин является метод электроискровой обработки.

242-249 23
Аннотация

Введение. Долговечность и работоспособность гидравлических машин определяется в результате ресурсных испытаний. При этом для силового нагружения гидравлического двигателя применяются различные тормозные устройства (механические, электрические, гидравлические и др.), в результате чего теряется значительное количество энергии. Этого можно избежать, если при ресурсных испытаниях использовать метод вращательного движения с рекуперацией энергии. Такой подход применим для гидравлических насосов, моторов, а также гидравлических цилиндров.

Материалы и методы. Представлен испытательный стенд, конструкция которого позволяет воссоздать условия, максимально соответствующие реальной эксплуатации гидравлических цилиндров. При этом возможна рекуперация энергии. Для решения задач исследования использованы методы математического моделирования, рассчитаны основные функциональные параметры предлагаемой конструкции. Определение приращения давления в различных точках гидравлической системы базируется на теории объемной жесткости. При моделировании движения подвижных элементов гидравлической системы стенда использованы законы движения ротора.

Результаты исследования. В структуре испытательного стенда рассматриваемые гидроцилиндры размещены в напорной магистрали между гидронасосом и гидромотором. Это позволяет существенно уменьшить сам стенд и сэкономить значительное количество энергии за счет ее рекуперации. Приведена принципиальная гидравлическая схема стенда для испытаний поршневых гидроцилиндров, в рамках которой показана работа подвижных элементов системы. Выполнено математическое моделирование гидравлической системы стенда. Показана кинематическая схема механизма передачи движения между испытуемыми цилиндрами.

Обсуждение и заключения. Представленная в статье система уравнений показывает, каким образом определяется приращение давления в выбранных узловых точках системы рекуперации энергии (в частности, как приращение зависит от времени, приведенного коэффициента объемной жесткости, расхода рабочей жидкости, площади поршней). Величины скоростей перемещения плунжеров гидравлических цилиндров определены согласно кинематической схеме механической передачи стенда. Итоги исследования позволяют утверждать, что, благодаря представленному в статье решению, результаты ресурсных испытаний гидравлических цилиндров будут адекватно отражать их работу при номинальном режиме эксплуатации.

250-255 11
Аннотация

Введение. Анализируются эффективные методы обнаружения утечек и учета расхода газа. Целью работы является выбор автоматической системы методов, позволяющей повысить качество контроля утечек и учета расхода газа на магистральных газопроводах.

Материалы и методы. Рассмотрены следующие методы обнаружения утечек газа в трубопроводе: по профилю давления, объемно-балансовый, метод акустической эмиссии, метод переменного перепада давления на вынуждающем устройстве, ультразвуковой метод.

Результаты исследования. Анализ показывает, что все методы контроля утечек и расхода газа зависят от параметров окружающей среды. Поэтому важной задачей является достижение независимости результатов измерений от изменения параметров среды. У большинства расходомеров изменение плотности, давления и температуры среды существенно сказывается на результатах измерения. Возникающая при этом дополнительная погрешность может достигать больших величин.

256-261 11
Аннотация

Введение. Обмолот представляет собой многофакторный процесс, на который влияют, в частности, скорость подачи растительной массы, удельный вес обмолоченного зерна и недомолота, показатели сепарации, засоренность и влажность растительной массы. С этой точки зрения актуальны и вопросы оптимизации профиля среза транспортирующего устройства, которая позволяет проводить обмолот и сепарацию с наименьшими усилиями. Опытным путем установлено также, что на процесс обмолота влияют объем подаваемого зернового материала за секунду (секундная подача) и скорость движения агрегата.

Материалы и методы. Исследования проводились на испытательном стенде, оснащенном молотильносепарирующим устройством в форме однополостного гиперболоида. При выполнении представленной работы ширина барабана была разделена на три зоны, а длина — на пять ячеек. Зерно пшеницы, полученное при обмолоте и сепарации в каждой зоне и ячейке, поступало в отдельные контейнеры. Солома собиралась отдельно. Затем зерно и солома взвешивались. Полученные в итоге данные обрабатывались статистическими и математическими методами.

Результаты исследования. Рассчитаны длины каждой ячейки исходя из отношения суммарной сепарации и количества зерновой массы, приходящейся на единицу длины. Вычислены длины каждой ячейки в зависимости от изменения влажности. Показатели соотношения влажности массы и длин ячеек представлены в виде таблицы. По заданным табличным значениям для различных уровней влажности зерновой массы построены графики, каждый из которых описан математической моделью, учитывающей длину и ширину барабана. Представлен усредненный профиль среза для обрабатываемой растительной массы влажностью 8%, 12%, 16%, 20%, 24%.

Обсуждение и заключения. Анализ данных этой и более ранних работ позволил сравнить графическое выражение зависимостей профиля среза транспортирующего устройства от секундного объема и влажности поступающего на него зернового вороха. Установлено, что кривые профиля среза идентичны по всей длине барабана. Коэффициент достоверности близок к 1, что говорит о точности модели. Очевидна идентичность усредненных профилей среза в зависимости от влажности растительной массы и от секундной подачи

262-267 9
Аннотация

Введение. Технологии математического и логического моделирования решения задач по существующей практике их распространения распределяются на два направления: широко распространенное математическое моделирование и информационное логическое моделирование, которое в настоящий момент развито недостаточно, в особенности для сложноорганизованных систем. Принципиальные различия этих технологий, в частности для подготовки производства обработкой резанием, в том, что логическое моделирование информационно и логически связано с системами организации, а математическое ― с процессами управления в системах организации. Логическое моделирование используется для оперирования геометрическими объектами в технологических схемах их взаимодействия методами базирования, геометрического формообразования в условиях статической, т. е. идеальной настройки соответствующих схем. Математическое моделирование используется для оперирования материальными объектами в процессах управления их преобразованиями методами обработки резанием, т. е. неидеально с учетом функционально различных погрешностей. Между рассматриваемыми системами организации и процессами управления в них существуют информационные и логические связи их органического единства, отрицающие их раздельное рассмотрение. Для информационной детерминированной технологии решения задач высокого уровня автоматизации разграничение понятий «математическое» и «логическое» моделирование актуально, обладает научной новизной и практической значимостью.

Материалы и методы. Для характеристики свойств понятий «математическое моделирование», «логическое моделирование» и функций знаний, следующих из формулирования этих понятий, используются принципиально различные методы и соответствующие инструментальные средства. В основу разграничения рассматриваемых понятий положено разграничение технологий (методы, соответствующие средства, алгоритмы, операции) решения прикладных задач какой-либо предметной области знаний.

Результаты исследования. Понятия «логическое моделирование» и «математическое моделирование» являются концептуальными общетеоретическими понятиями, обладающими инвариантными свойствами, которые необходимы для решения задач практики какой-либо предметной области. В соответствии с разграничениями рассматриваемых понятий, технологии решения задач подразделяются на два типа: технология системной инженерии ― в системах организации информационных объектов и технология системотехники ― в процессах управления преобразованиями соответствующих материальных объектов. Эти направления должны существовать в информационной и логической связи их органического единства.

Обсуждение и заключения. Автором разграничены понятия «логическое моделирование» и «математическое моделирование», что является важнейшим условием успешного перехода к детерминированной информационной технологии высокого уровня автоматизации в решении задач практики какой-либо предметной области знаний, например, технической подготовки производства резанием.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

268-280 11
Аннотация

Введение. Статья посвящена теоретическому изучению переноса ионов бинарной соли с учетом реакции диссоциации (рекомбинации) воды. Цели исследования: построение математической модели; разработка алгоритма численного решения краевой задачи, соответствующей математической модели; развитие теории подобия, включая переход к безразмерному виду с использованием характерных величин; определение физического смысла тривиальных критериев подобия; нахождение нетривиальных критериев подобия; построение и анализ вольтамперной характеристики (ВАХ).

Материалы и методы. При теоретическом исследовании и численном анализе переноса ионов бинарной соли учитывается реакция диссоциации (рекомбинации) воды. При этом используются уравнение теплопроводности и математическая модель электродиффузии одновременно четырех видов ионов (двух ионов соли, а также ионов ????+ и ????????) в диффузионном слое электромембранных систем с идеально селективной мембраной. Для дифференциальных уравнений первого порядка ставится сингулярно возмущенная краевая задача. В уравнении для напряженности электрического поля правая часть не зависит от напряженности. При численном решении дискретизированной системы уравнений методом Ньютона — Канторовича это обусловливает проблемы устойчивости метода. В связи с этим краевая задача приводится к виду, удобному для численного решения: обеспечивается переход к системе уравнений второго порядка, рассчитываются недостающие краевые условия для напряженности электрического поля.

Результаты исследования. Разработаны новая математическая модель, алгоритм численного решения краевой задачи, программное обеспечение. Проведен численный анализ и определены фундаментальные закономерности переноса ионов соли с учетом реакции диссоциации (рекомбинации) молекул воды, температурных эффектов и Джоулева разогрева. Построена и проанализирована ВАХ.

Обсуждение и заключение. Рассмотрен перенос ионов бинарной соли через диффузионный слой у катионообменной мембраны. Предложена математическая модель названного процесса, которая учитывает температурные эффекты, обусловленные реакциями диссоциации (рекомбинации) молекул воды и Джоулевым нагревом в растворе. Установлены основные закономерности переноса ионов соли с учетом реакции диссоциации (рекомбинации) молекул воды и температурных эффектов. Температурные эффекты от реакции диссоциации (рекомбинации) и Джоулева разогрева в ОЭН практически незаметны (исключение — область рекомбинации, ОР). Джоулев нагрев в области пространственного заряда (ОПЗ) на два порядка больше охлаждающего эффекта реакции диссоциации воды. При рекомбинации в ОР выделяется примерно столько же тепла, сколько при Джоулевом нагреве в расширенной ОПЗ. Однако из-за малых размеров ОР влияние этого тепла незаметно. Значит, можно считать, что есть только один источник тепла на межфазной границе в ОПЗ, который благодаря своему заметному размеру обусловливает значительное повышение температуры во всем диффузионном слое. Отсюда следует, что возможно возникновение и развитие гравитационной конвекции. Общие выводы, следующие из полученных результатов, открывает возможность интенсификации процесса переноса ионов соли в электродиализных аппаратах.

281-289 9
Аннотация

Введение. При математическом конечноэлементном моделировании используется усредненное значение механических характеристик материала деформируемых твердых тел. В авиа-, машиностроении, строительстве, медицине и других областях все шире применяются полимерные композитные материалы и материалы природного происхождения. В последнем случае реальное изменение механических характеристик значительно отличается от усредненного, следовательно, при использовании усредненных параметров для построения и анализа конечноэлементных моделей результаты могут существенно искажаться. В данной статье описано создание математических методов исследования изменения механических характеристик материала неоднородных деформируемых твердых тел. Полученные таким образом результаты применены для построения конечноэлементных моделей и анализа их напряженно-деформированного состояния.

Материалы и методы. В качестве неоднородных деформируемых твердых тел рассмотрены материалы природного происхождения и композиты. Для исследования изменения механических характеристик материала разработан способ, основанный на использовании двух составляющих: пиксельной характеристики растровых изображений сканирования компьютерным томографом и экспериментальных данных натурных испытаний стандартных образцов.

Результаты исследования. Создан комплекс математических методов моделирования интерпретации растровых изображений сканирования компьютерным томографом, позволяющий проводить исследование любых сложных структур реальных деформируемых твердых тел. Результаты используются при построении конечноэлементных моделей таких тел с учетом неоднородности механических характеристик материала. Анализ напряженно-деформированного состояния конечноэлементных моделей тестовых образцов доказал точность и сходимость численного решения метода конечных элементов при моделировании свойства неоднородности механических характеристик материала.

Обсуждение и заключения. Разработанный подход может быть применен для любых физических принципов сканирования (рентгеновский, ультразвуковой, лазерный и др.) и для любых типов материалов, если информация, полученная в результате сканирования, сформирована в виде цифрового (растрового) изображения.

290-300 8
Аннотация

Введение. Бурное развитие таких систем, как Yandex, Google и пр., предопределило актуальность задачи поиска подстрок в строке. На сегодняшний день активно исследуются подходы к ее решению. Эта задача используется при создании систем управления базами данных, поддерживающих ассоциативный поиск. Кроме того, она применима при решении вопросов информационной безопасности, создании антивирусных программ. Алгоритмы поиска подстрок в строке используются в задачах обнаружения, основанного на сигнатурах.

Материалы и методы. Решение задачи базируется на алгоритме Ахо — Корасик, который представляет собой классический способ осуществления поиска подстрок в строке. Вместе с тем применен новый подход в части, касающейся предварительной обработки.

Результаты исследования. Показана возможность построения функции перехода и суффиксных ссылок при помощи суффиксных массивов и специальных отображений. Исследована взаимосвязь между префиксным деревом и суффиксными массивами. Это дало возможность разработать принципиально новый способ построения функций перехода и ошибок. Полученные результаты позволяют существенно сократить время, затрачиваемое на предвыборную обработку множества строк образцов при использовании целочисленного алфавита. В статье приведено восемь алгоритмов. Оценены разработанные алгоритмы. Полученные результаты сопоставлены с ранее известными. Доказаны две теоремы и восемь лемм. Приведены два примера, иллюстрирующие особенности практического применения разработанной процедуры препроцессинга.

Обсуждение и заключения. Предложенная в данной статье процедура препроцессинга основывается на связи между суффиксным массивом, созданным на основе множества строк образцов, и построением функций перехода и ошибок на начальных этапах работы алгоритма Ахо — Корасик. Такой подход отличен от традиционного и требует использования алгоритмов, позволяющих построить суффиксный массив за линейное время. Таким образом, описаны алгоритмы, позволяющие существенно сократить время на предварительную обработку множества строк образцов при условии использования определенного типа алфавита по сравнению с известным подходом, предложенным А. Ахо и М. Корасик. Результаты исследований, приведенные в статье, могут быть применены в антивирусных программах, использующих поиск сигнатур вредоносных информационных объектов в памяти вычислительной системы. Кроме того, данный подход к решению задачи поиска подстроки в строке позволяет значительно ускорить работу систем управления баз данных, применяющих ассоциативный поиск.

Объявления

Еще объявления...


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.